CN101437373A - 金属壳体及其成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种金属壳体，其包括底壁及由底壁向一侧延伸的侧壁，该侧壁经过锻造成型而使其厚度大于底壁的厚度。本发明还提供一种所述金属壳体的成型方法。所述金属壳体通过锻造成型使侧壁的厚度大于底壁的厚度，其生产效率高，成本较低，且产品外观较佳。

Description

金属壳体及其成型方法

技术领域

本发明是关于一种金属壳体及其成型方法，尤其是关于一种应用于电子装置的金属壳体及其成型方法。

背景技术

近年来，金属壳体由于其具有强度高、硬度好、质感佳等特点，被广泛应用于移动电话等电子装置中。

请参阅图1，其是一种用于电子装置的金属壳体10，其包括一个近似矩形的底壁11及自底壁11向一侧延伸的第一侧壁12、第二侧壁13、第三侧壁14与第四侧壁15。第一侧壁12、第二侧壁13、第三侧壁14及第四侧壁15顺次连接，并与底壁11共同形成一个具有一个开口的腔体。腔体用以容置电子组件(图未示)。

第一侧壁12、第二侧壁13、第三侧壁14及第四侧壁15与底壁11的连接处一般设计为圆角结构，这样便于金属壳体10采用金属板材直接拉深成型的方式制备，以降低制造成本与制造难度。

但是，由于电子装置外观的需要，有时需要将金属壳体的第一侧壁12、第二侧壁13、第三侧壁14及第四侧壁15与底壁11的连接处设计为非圆角的连接结构，例如尖角结构。由于拉深成型技术本身的限制，尖角结构等非圆角的连接结构较难采用金属板材直接拉深成型的方式制备。此外，上述金属壳体10的第一侧壁12、第二侧壁13、第三侧壁14与第四侧壁15的厚度等于底壁11的厚度相等，这样会造成第一侧壁12、第二侧壁13、第三侧壁14与第四侧壁14的强度较弱。由于移动电话等电子装置的金属壳体需要轻薄短小，故通常采用金属薄材制造，若为增强侧壁的强度，而使金属壳体10的第一侧壁12、第二侧壁13、第三侧壁14与第四侧壁14的厚度大于底壁11，则此时的金属壳体同样难以通过直接拉深成型的方式制备，在现有技术中可以采用压铸成型的方法形成该类金属壳体，但通过压铸成型的方法形成的金属壳体其外观质量较差，需要经过抛光方能满足外观要求，这样生产速度慢，成本较高。此外，还可采用数控机床加工形成该类金属壳体，即将较厚的板材铣削加工成侧壁厚度底壁厚度大的金属壳体，由于整个壳体都需要铣削加工，其耗费的时间相当长，故生产效率低，成本很高，不适合大批量生产。

图2所示为采用上述方法加工得到的金属壳体的侧壁处的金属材料(以常用的AL5052铝合金为例)，在23±5℃的温度条件下、40~80％RH的湿度条件下，放大200倍的金相图，该材料的内部金相组织较为松散。另外，在23±5℃的温度条件下、40~80％RH的湿度条件下及0.5千克的试验力下，其维氏硬度值为68~70。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种具有较佳外观品质、且成本较低的金属壳体。

另外，还有必要提供一种上述金属壳体的成型方法。

一种金属壳体，其包括底壁及由底壁向一侧延伸的侧壁，该侧壁经过锻造成型而使其厚度大于底壁的厚度。

一种金属壳体成型方法，其包括：将一金属板拉深成型具有侧壁和底壁的预成型壳体，且预成型壳体的侧壁和底壁的连接处为圆角结构；第一次锻造成型，即通过第一成型模具对该预成型壳体进行第一次挤压，使其侧壁厚度变厚，且在侧壁端部上形成第一挤压斜面；第二次锻造成型，即通过第二成型模具对该预成型壳体进行第二次挤压，使其侧壁厚度进一步变厚，且所述侧壁端部上形成与第一挤压斜面相交的第二挤压斜面，并将所述圆角结构成型为非圆角的连接结构；通过数控机床将该侧壁端部加工成所需形状，以形成金属壳体。

在所述金属壳体及其成型方法中，通过锻造成型使金属壳体的侧壁的厚度大于底壁的厚度，其生产效率高，成本较低，且产品外观较佳。

附图说明

图1是一般电子装置用金属壳体的立体示意图。

图2是用于制造图1电子装置用金属壳体的金属材料放大200倍的金相图；

图3是本发明较佳实施例的金属壳体立体示意图。

图4是本发明较佳实施例的金属壳体的连接结构处的局部剖示图。

图5是本发明较佳实施例的金属壳体在侧壁处的金属材料放大200倍的金相图。

图6是本发明较佳实施例的金属壳体成型方法中的预成型壳体的立体示意图。

图7是本发明较佳实施例的金属壳体成型方法所采用的第一成型模具的剖面示意图。

图8是本发明较佳实施例的金属壳体成型方法所采用的第一成型模具的冲头的剖面示意图。

图9是本发明较佳实施例的金属壳体成型方法所采用的第一成型模具对预成型壳体进行锻造成型时的局部剖面示意图。

图10是第一次锻造成型后的预成型壳体的局部剖示图。

图11是本发明较佳实施例的金属壳体成型方法所采用的第二成型模具的局部剖面示意图图12是本发明较佳实施例的金属壳体成型方法所采用的第二成型模具的冲头的剖面示意图。

图13是本发明较佳实施例的金属壳体成型方法所采用的第二成型模具对预成型壳体进行锻造成型时的局部剖面示意图。

图14是第二次锻造成型后的预成型壳体的局部剖示图。

图15是本发明较佳实施例的金属壳体成型方法采用的精修模具对预成型壳体进行精修时的局部剖面示意图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对金属壳体及其成型方法做进一步详细说明。

请参见图3及图4，本发明较佳实施例的金属壳体20为移动电话壳体，其包括一个近似矩形的底壁21及由底壁21向一侧延伸的第一侧壁22、第二侧壁23、第三侧壁24与第四侧壁25。第一侧壁22、第二侧壁23、第三侧壁24及第四侧壁25顺次连接。第一侧壁22、第二侧壁23、第三侧壁24及第四侧壁25与底壁21共同形成一个具有一个开口的腔体，且该第一侧壁22、第二侧壁23、第三侧壁24及第四侧壁25与底壁21通过锻造成型的连接结构26相连，且第一侧壁22、第二侧壁23、第三侧壁24及第四侧壁25经过锻造成型而使其厚度大于底壁21的厚度。在本发明较佳实施例中，底壁21厚度为K，第一侧壁22、第二侧壁23、第三侧壁24及第四侧壁25的厚度均为T，第一侧壁22、第二侧壁23、第三侧壁24及第四侧壁25的高度均为H，则满足以下关系：1<T/K<3，1<H/K<2.5。该金属壳体20由铝合金壳体制成，该连接结构26为尖角结构，该尖角结构的夹角的取值范围为90度至135度，且本发明中的所谓尖角指两个壁之间为非平滑过渡的结构，即不由圆弧面或者其他曲面过渡。可以理解，金属壳体20的底壁也可为三角形、五边形、六边形等，只要侧壁数量与底壁边数对应即可。另外，连接结构26不限于尖角结构，也可为其他形状的通过锻造成型的连接结构。

请参见图5，以常用的AL5052铝合金为例，其在23±5℃的温度条件下、40~80％RH的湿度条件下，放大200倍的金相图，该经过锻造的材料的内部金相组织比未经锻造的材料的内部金相组织明显细密。另外，在23±5℃的温度条件下、40~80％RH的湿度条件下及0.5千克的试验力下，壳体20在侧壁处表面的维氏硬度可达71~75，可见相同的材料经过锻造后的维氏硬度比未经锻造时的维氏硬度有所增大。

请参阅图6至图15，下面就本发明较佳实施例的金属壳体20的成型方法作进一步详细说明。一种用于制造金属壳体的成型方法包括以下步骤：

(1)拉深成型，请参阅图6，即将一金属板材拉深成型为预成型壳体30。在本实施中，该用于成型预成型壳体30的金属板材为铝合金板材。该预成型壳体30包括一个近似矩形的底壁31及由底壁31边缘向一侧延伸的多个侧壁32，该多个侧壁32顺次连接，并与底壁31共同形成具有开口的腔体，且该多个侧壁32与底壁31的连接处为圆角结构33。

(2)第一次锻造成型，即通过第一成型模具200对该预成型壳体30进行第一次挤压，使预成型壳体30的侧壁32厚度变厚，且侧壁32端部上形成第一挤压斜面321(请见图10)。

请参阅图5至图8，在本发明较佳实施例中，第一成型模具200包括一个上模210、一个下模220，一压料板230、一冲头240、第一弹性件250及第二弹性件260。该下模220与压料板230设置于冲头240两侧，且冲头240与下模220及压料板230共同形成一个用于容纳预成型壳体30的侧壁32的模造型腔270，且模造型腔270的厚度大于预成型壳体30的侧壁32的厚度。该上模210设置于下模220、压料板230及冲头240上方，第一弹性件250及第二弹性件260为压缩弹簧，其中第一弹性件250用于支撑下模220，第二弹性件260用于支撑压料板230。上模210下端为工作面2101，其用于锻造成型时对预成型壳体30的底壁31施力，下模220上端为一个安装面2201，用于安装预成型壳体30，压料板230包括一侧面2301及一个与侧面2301垂直的上表面2302，侧面2301邻近上端处形成有一个突起部2303，该突起部2303上设有抵压面2304，其用于锻造成型时抵压预成型壳体30的侧壁31，抵压面2304与上模的工作面2101相互垂直，且平行于侧面2301。

冲头240依次设有一个冲压部2401及一个台阶部2402。冲压部2401上设置有一个第一侧面2404、一个第二侧面2405及一个工作斜面2406。第一侧面2404与第二侧面2405相互平行，第一侧面2404与第二侧面2405之间的宽度为L₁，若最终所需成型金属壳体20的侧壁的厚度为T，则0.7T≦L₁≦0.9T，最为理想的取值是L₁＝0.8T~0.85T。工作斜面2406两端分别与第一侧面2404及第二侧面2405相连，且工作斜面2406与第二侧面2405相连的一端的高度低于工作斜面2406与第一侧面2404相连的一端，即工作斜面2406朝第一侧面2404倾斜，工作斜面2406与第一侧面2404的夹角为β₁，且45度≦β₁≦70度，最为理想的取值是β₁＝60~65度。台阶部2402用于压料板230移动定位，其上设置有一定位面2403。

在成型前，压料板230的上表面2302与下模220的安装面2201的垂直距离大于预成型壳体30的底壁31厚度，压料板230的突起部2303的抵压面2304抵持于冲头240的冲压部2401的第二侧面2405，压料板230的侧面203抵持于冲头240的台阶部2402，且压料板230的突起部2303下端距离冲头240的台阶部2402的定位面2403之间有一定间隙，然后将预成型壳体30置于下模220上，且使预成型壳体30的侧壁32容纳于模造型腔270。

在第一次锻造成型时，首先上模210抵压压料板230的上表面2302及预成型壳体30的底壁31，这样下模220及压料板230将被下压，即第一弹性件及第二弹性件260均被压缩。由于预成型壳体30的侧壁32容纳于模造型腔270，在下模220及压料板230将被下压的过程中，预成型壳体30的侧壁32的材料与冲头240的工作斜面2406产生冷挤压，使预成型壳体30的材料在模造型腔270内产生流动。当压料板230的突起部2303抵持冲头240的台阶部2402的定位面2403时，由于冲头240的台阶部2402的定位作用，下模220及压料板230将停止移动。在冷挤压过程中，预成型壳体30的材料将整个模造型腔270充满，由于模造型腔270的厚度大于预成型壳体30的侧壁的厚度，故可使预成型壳体30的侧壁32变厚，且预成型壳体30的侧壁32与底壁31的连接处的圆角结构33将被初步尖角化，此外，由于冲头240的工作斜面240的作用，使预成型壳体30的侧壁32端部上形成第一挤压斜面321。

(3)第二次锻造成型，即通过第二成型模具300对该预成型壳体进行第二次挤压，使预成型壳体30的侧壁32的厚度进一步变厚，且预成型壳体30的侧壁32的端部上形成与第一挤压斜面321相交的第二挤压斜面322，并将所述圆角结构33成型为非圆角的连接结构26，在本实施例中即成型出尖角结构。

请参阅图11至图14，在本发明较佳实施例中，第二成型模具300包括一个上模310、一个下模320，一压料板330、一冲头340、第一弹性件350及第二弹性件360。除冲头340外，第二成型模具300的其他结构与第一成型模具200结构基本相同，所以下面仅对冲头340作详细描述。

冲头340依次设置有一个冲压部3401及一个台阶部3402。冲压部3401上设置有一个第一侧面3404、一个第二侧面3405及一个工作斜面3406。第一侧面3404与第二侧面3405相互平行，第一侧面3404与第二侧面3405之间的宽度为L2，若最终所需成型金属壳体20的侧壁的厚度为T，则L₂＝T。工作斜面3406两端分别与第一侧面3404及第二侧面3405相连，且工作斜面3406与第二侧面3405相连的一端的高度高于工作斜面3406与第一侧面3404相连的一端，即工作斜面3406朝第二侧面3405倾斜，工作斜面3406与第二侧面2404的夹角为β₂，且45度≦β₂≦70度，最为理想的取值是β₁＝60~65度。台阶部3402用于压料板330移动定位，其上设置有一定位面3403。冲头340可与下模320及压料板330之间共同形成一个模造型腔370由于模造型腔370的厚度大于预成型壳体30的侧壁的厚度，且模造型腔370的厚度大于预成型壳体30的侧壁32的厚度。

在第二次锻造成型时，当上模310下压下模320及压料板330时，预成型壳体30的侧壁32的材料与冲头340的工作斜面3406产生冷挤压，使预成型壳体30的材料在模造型腔370内产生流动。当压料板330抵持冲头340的台阶部3402的定位面3403时，由于冲头340的台阶部3402的定位作用，下模320及压料板330将停止移动。在冷挤压过程中，预成型壳体30的材料将整个模造型腔370充满，由于模造型腔370的厚度大于预成型壳体30的侧壁的厚度，故可使预成型壳体30的侧壁32变厚，且预成型壳体30的侧壁32与底壁31的连接处的圆角结构33将被成型为非圆角的连接结构26，此外，由于冲头340的工作斜面340的作用，使预成型壳体30的侧壁32端部上形成第二挤压斜面322。

(4)通过数控机床将预成型壳体30的侧壁32端部加工成所需形状，以形成金属壳体20，在本实施例中是将壳体30的侧壁32端部上形成的第一挤压斜面321及第二挤压斜面322铣成平面。

可以理解，请参阅图15，在步骤(3)和(4)之间，还可以通过一精修模具400对预成型壳体30的侧壁32进行精修，以使侧壁32获得更好的外观效果。精修模具400包括一上模401、一下模402及一压料板403。成型时，用压料板403将预成型壳体30固定于下模402上，且使预成型壳体30的侧壁32伸出下模402，当上模401下压时，可以去除预成型壳体30的侧壁32上的部分材料以获取更好的外观效果。

Claims (12)

1. 【权利要求1】一种金属壳体，其包括底壁及由底壁向一侧延伸的侧壁，其特征在于：该侧壁经过锻造成型而使其厚度大于底壁的厚度。
2. 【权利要求2】如权利要求1所述的金属壳体，其特征在于：该金属壳体由铝合金制成，该侧壁与底壁的连接处为锻造成型的连接结构，该连接结构为尖角结构，该尖角结构的夹角的取值范围为90度至135度，该金属壳体的侧壁为多个，该多个侧壁顺次连接，并与底壁共同形成具有开口的腔体。
3. 【权利要求3】如权利要求1所述的金属壳体，其特征在于：该底壁厚度为K，该侧壁厚度均为T，该侧壁高度为H，则1<T/K<3，1<H/K<2.5。
4. 【权利要求4】一种金属壳体成型方法，其包括：

   将一金属板拉深成型具有侧壁和底壁的预成型壳体，且预成型壳体的侧壁和底壁的连接处为圆角结构；

   第一次锻造成型，即通过第一成型模具对该预成型壳体进行第一次挤压，使其侧壁厚度变厚，且侧壁端部上形成第一挤压斜面；

   第二次锻造成型，即通过第二成型模具对该预成型壳体进行第二次挤压，使其侧壁厚度进一步变厚，且侧壁端部上形成与第一挤压斜面相交的第二挤压斜面，并将所述圆角结构成型为非圆角的连接结构；及

   通过数控机床将该侧壁端部加工成所需形状，以形成金属壳体。
5. 【权利要求5】如权利要求4所述的金属壳体成型方法，其特征在于：该第一成型模具包括上模、下模、压料板、冲头、第一弹性件及第二弹性件，该下模与该压料板设置于冲头两侧，该冲头与下模及压料板共同形成一个用于容纳预成型壳体的侧壁的模造型腔，且该模造型腔的厚度大于预成型壳体的侧壁的厚度，该上模设置于下模、压料板及冲头上方，第一弹性件用于支撑下模，第二弹性件用于支撑压料板。
6. 【权利要求6】如权利要求5所述的金属壳体成型方法，其特征在于：该上模下端为工作面，其用于锻造成型时对预成型壳体的底壁施力，下模上端为一个安装面，用于安装预成型壳体，压料板包括一侧面及一个与侧面垂直的上表面，侧面邻近上端处形成有一个突起部，该突起部上设置有一抵压面，其用于锻造成型时抵压预成型壳体的侧壁，抵压面与上模的工作面相互垂直，且平行于侧面。
7. 【权利要求7】如权利要求5所述的金属壳体成型方法，其特征在于：该冲头上设有一个冲压部，该冲压部上设置有一个第一侧面、一个第二侧面及一个工作斜面，第一侧面与第二侧面相互平行，第一侧面与第二侧面之间的宽度为L1，则0.7T≦L1≦0.9T，T为最终所需成型金属壳体的侧壁的厚度，工作斜面两端分别与第一侧面及第二侧面相连，且工作斜面朝第一侧面倾斜，工作斜面与第一侧面的夹角为β1，则45度≦β1≦70度。
8. 【权利要求8】如权利要求4所述的金属壳体成型方法，其特征在于：该第二成型模具包括上模、下模、压料板、冲头、第一弹性件及第二弹性件，该下模与该压料板设置于冲头两侧，该冲头与下模及压料板共同形成一个用于容纳预成型壳体的侧壁的模造型腔，且模造型腔的厚度大于预成型壳体的侧壁的厚度，该上模设置于下模、压料板及冲头上方，第一弹性件用于支撑下模，第二弹性件用于支撑压料板。
9. 【权利要求9】如权利要求8所述的金属壳体成型方法，其特征在于：该冲头上设有一个冲压部，该冲压部上设置有一个第一侧面、一个第二侧面及一个工作斜面，第一侧面与第二侧面相互平行，第一侧面与第二侧面之间的宽度与最终所需成型金属壳体的侧壁的厚度相等，工作斜面两端分别与第一侧面及第二侧面相连，且工作斜面朝第一侧面倾斜，工作斜面与第二侧面的夹角为β2，则45度≦β2≦70度。
10. 【权利要求10】如权利要求4所述的金属壳体成型方法，其特征在于：在第二次锻造成型后，通过一精修模具对预成型壳体的侧壁进行精修，该精修模具包括一上模、一下模及一压料板，成型时，将该压料板将预成型壳体固定于下模上，且使预成型壳体的侧壁伸出下模，该上模与下模配合去除预成型壳体的侧壁上的部分材料。
11. 【权利要求11】如权利要求4所述的金属壳体，其特征在于：该金属壳体由铝合金制成，该连接结构为尖角结构，该尖角结构的夹角的取值范围为90度至135度，该金属壳体的侧壁为多个，该多个侧壁顺次连接，并与底壁共同形成具有开口的腔体。
12. 【权利要求12】如权利要求4所述的金属壳体，其特征在于：该底壁厚度为K，该侧壁厚度均为T，该侧壁高度为H，则1<T/K<3，1<H/K<2.5。

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